Automatización de diseño electrónico

Software que ayuda al diseño de sistemas electrónicos, como circuitos integrados y hardware informático.

"ECAD" vuelve a dirigir aquí. Para la organización brasileña, consulte ECAD (Brasil) . Para otros usos, consulte ECAD (desambiguación) .

La automatización del diseño electrónico ( EDA ), también conocida como diseño electrónico asistido por computadora ( ECAD ), ^[1] es una categoría de herramientas de software para diseñar sistemas electrónicos como circuitos integrados y placas de circuitos impresos . Las herramientas funcionan juntas en un flujo de diseño que los diseñadores de chips utilizan para diseñar y analizar chips semiconductores completos. Dado que un chip semiconductor moderno puede tener miles de millones de componentes, las herramientas EDA son esenciales para su diseño; este artículo en particular describe EDA específicamente con respecto a los circuitos integrados (CI).

Historia

Primeros días

Antes del desarrollo de EDA, los circuitos integrados se diseñaron a mano y se trazaron manualmente. Algunos talleres avanzados utilizaron software geométrico para generar cintas para un fotoplotter Gerber , responsable de generar una imagen de exposición monocromática, pero incluso esos copiaron grabaciones digitales de componentes dibujados mecánicamente. El proceso fue fundamentalmente gráfico, con la traducción de la electrónica a la gráfica realizada manualmente; la empresa más conocida de esta época fue Calma , cuyo formato GDSII todavía se utiliza en la actualidad. A mediados de la década de 1970, los desarrolladores comenzaron a automatizar el diseño de circuitos además del dibujo y se desarrollaron las primeras herramientas de colocación y enrutamiento ; como esto ocurrió, el procedimiento de laDesign Automation Conference catalogó la gran mayoría de los desarrollos de la época.

La siguiente era comenzó tras la publicación de "Introducción a los sistemas VLSI " por Carver Mead y Lynn Conway en 1980; este texto innovador abogaba por el diseño de chips con lenguajes de programación que se compilaban en silicio. El resultado inmediato fue un aumento considerable en la complejidad de los chips que se podían diseñar, con un mejor acceso a las herramientas de verificación del diseño que usaban simulación lógica.. A menudo, los chips eran más fáciles de diseñar y tenían más probabilidades de funcionar correctamente, ya que sus diseños podían simularse más a fondo antes de la construcción. Aunque los lenguajes y las herramientas han evolucionado, este enfoque general de especificar el comportamiento deseado en un lenguaje de programación textual y dejar que las herramientas deriven el diseño físico detallado sigue siendo la base del diseño de circuitos integrados digitales en la actualidad.

Las primeras herramientas de EDA se produjeron académicamente. Uno de los más famosos fue el "Berkeley VLSI Tools Tarball", un conjunto de utilidades de UNIX utilizadas para diseñar los primeros sistemas VLSI. Todavía se utilizan ampliamente el minimizador lógico heurístico Espresso , responsable de la reducción de la complejidad de los circuitos, y Magic , una plataforma de diseño asistido por computadora. Otro avance crucial fue la formación de MOSIS , un consorcio de universidades y fabricantes que desarrolló una forma económica de capacitar a los estudiantes de diseño de chips mediante la producción de circuitos integrados reales. El concepto básico era utilizar procesos de CI confiables, de bajo costo y de tecnología relativamente baja y empaquetar una gran cantidad de proyectos por oblea., conservando varias copias de chips de cada proyecto. Los fabricantes que cooperaron donaron las obleas procesadas o las vendieron al costo. ya que vieron el programa útil para su propio crecimiento a largo plazo.

Nacimiento de la EDA comercial

1981 marcó el comienzo de EDA como industria. Durante muchos años, las empresas electrónicas más grandes, como Hewlett Packard , Tektronix e Intel , habían buscado EDA internamente, y los gerentes y desarrolladores comenzaron a salir de estas empresas para concentrarse en EDA como negocio. Daisy Systems , Mentor Graphics y Valid Logic Systems se fundaron en esta época y se denominaron colectivamente DMV. En 1981, el Departamento de Defensa de EE. UU. También comenzó a financiar VHDL como lenguaje de descripción de hardware. En unos pocos años, hubo muchas empresas especializadas en EDA, cada una con un énfasis ligeramente diferente.

La primera feria comercial de EDA se llevó a cabo en la Design Automation Conference en 1984 y en 1986, Verilog , otro lenguaje de diseño de alto nivel popular, fue presentado por primera vez como un lenguaje de descripción de hardware por Gateway Design Automation . Los simuladores siguieron rápidamente estas introducciones, lo que permitió la simulación directa de diseños de chips y especificaciones ejecutables. En varios años, se desarrollaron back-end para realizar síntesis lógica .

Estado actual

Artículos principales: Diseño de circuitos integrados , Cierre de diseño y Flujo de diseño (EDA)

Los flujos digitales actuales son extremadamente modulares, con interfaces que producen descripciones de diseño estandarizadas que se compilan en invocaciones de unidades similares a celdas sin tener en cuenta su tecnología individual. Las células implementan funciones lógicas u otras funciones electrónicas mediante la utilización de una tecnología de circuito integrado particular. Los fabricantes generalmente proporcionan bibliotecas de componentes para sus procesos de producción, con modelos de simulación que se ajustan a las herramientas de simulación estándar. Las herramientas EDA analógicas son mucho menos modulares, ya que se requieren muchas más funciones, interactúan con más fuerza y ​​los componentes son, en general, menos ideales.

La EDA para la electrónica ha aumentado rápidamente en importancia con el continuo escalado de la tecnología de semiconductores . ^[2] Algunos usuarios son operadores de fundición , que operan las instalaciones de fabricación de semiconductores ("fabs") y personas adicionales responsables de utilizar las empresas de servicios de diseño de tecnología que utilizan el software EDA para evaluar un diseño entrante para la preparación de fabricación. Las herramientas EDA también se utilizan para programar la funcionalidad de diseño en FPGA o arreglos de puertas programables en campo, diseños de circuitos integrados personalizables.

Enfoques del software

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Diseño

Artículo principal: flujo de diseño (EDA)

Design Flow se caracteriza principalmente a través de varios componentes primarios; éstas incluyen:

• Síntesis de alto nivel (también conocida como síntesis de comportamiento o síntesis algorítmica): la descripción de diseño de alto nivel (por ejemplo, en C / C ++) se convierte en RTL o el nivel de transferencia de registro, responsable de representar circuitos mediante la utilización de interacciones entre registros.
• Síntesis lógica : la traducción de la descripción del diseño RTL (por ejemplo, escrita en Verilog o VHDL) en una lista de conexiones discreta o representación de puertas lógicas.
• Captura esquemática : para captura CIS de celda estándar digital, analógica, similar a RF en Orcad por Cadence e ISIS en Proteus. ^{[ aclaración necesaria ]}
• Diseño : generalmente diseño basado en esquemas , como Diseño en Orcad por Cadence, ARES en Proteus

Simulación

Artículo principal: simulación de circuitos electrónicos

• Simulación de transistor: simulación de transistor de bajo nivel del comportamiento de un esquema / diseño, precisa a nivel de dispositivo.
• Simulación lógica: simulación digital de un comportamiento digital RTL o gate-netlist ( booleano 0/1), precisa a nivel booleano.
• Simulación de comportamiento: simulación de alto nivel de la operación arquitectónica de un diseño, precisa a nivel de ciclo o de interfaz.
• Emulación de hardware : uso de hardware de propósito especial para emular la lógica de un diseño propuesto. A veces se puede conectar a un sistema en lugar de un chip aún por construir; esto se llama emulación en circuito .
• Tecnología CAD simula y analiza la tecnología de proceso subyacente. Las propiedades eléctricas de los dispositivos se derivan directamente de la física del dispositivo.
• Los solucionadores de campos electromagnéticos , o simplemente los solucionadores de campos , resuelven las ecuaciones de Maxwell directamente para casos de interés en el diseño de circuitos integrados y PCB. Son conocidos por ser más lentos pero más precisos que la extracción de diseño anterior. ^{[ donde? ]}

Programa de captura esquemático

Análisis y verificación

• Verificación funcional
• Verificación de cruce de dominios de reloj ( verificación de CDC): similar a linting , pero estas verificaciones / herramientas se especializan en detectar e informar problemas potenciales como pérdida de datos , metaestabilidad debido al uso de múltiples dominios de reloj en el diseño.
• Verificación formal , también verificación de modelos : intenta probar, mediante métodos matemáticos, que el sistema tiene ciertas propiedades deseadas y que ciertos efectos no deseados (como un punto muerto ) no pueden ocurrir.
• La verificación de equivalencia : comparación algorítmica entre de un chip RTL -Descripción y sintetizados Gate- lista de conexiones , para garantizar la equivalencia funcional en la lógica de nivel.
• Análisis de temporización estática : análisis de la temporización de un circuito de forma independiente de la entrada, por lo que se encuentra el peor de los casos en todas las entradas posibles.
• Verificación física , PV: verificar si un diseño se puede fabricar físicamente y que los chips resultantes no tendrán ninguna función que evite defectos físicos y cumplan con las especificaciones originales.

Preparación de fabricación

• Preparación de datos de máscara o MDP: la generación de fotomáscaras de litografía reales , utilizadas para fabricar físicamente el chip.
  • Técnicas de mejora de la resolución o RET: métodos para aumentar la calidad de la fotomáscara final .
  • Corrección de proximidad óptica u OPC: la compensación inicial de los efectos de difracción e interferencia que se producen más tarde cuando el chip se fabrica con esta máscara.
  • Generación de máscara : generación de una imagen de máscara plana a partir del diseño jerárquico.
  • Generación automática de patrones de prueba o ATPG: la generación de datos de patrones de manera sistemática para ejercitar tantas puertas lógicas y otros componentes como sea posible.
  • Incorporado en la auto-prueba , o BIST - La instalación de prueba-controladores autónomos para probar automáticamente una estructura lógica o de la memoria) en el diseño

Seguridad funcional

• Análisis de seguridad funcional , cálculo sistemático de tasas de fallas en el tiempo (FIT) y métricas de cobertura de diagnóstico para diseños con el fin de cumplir con los requisitos de cumplimiento para los niveles de integridad de seguridad deseados.
• Síntesis de seguridad funcional , agregue mejoras de confiabilidad a los elementos estructurados (módulos, RAM, ROM, archivos de registro, FIFO) para mejorar la detección de fallas / tolerancia a fallas. Estos incluyen (no se limitan a), adición de códigos de detección y / o corrección de errores (Hamming), lógica redundante para la detección de fallas y tolerancia a fallas (duplicado / triplicado) y verificaciones de protocolo (paridad de interfaz, alineación de direcciones, conteo de latidos)
• Verificación de la seguridad funcional , ejecución de una campaña de fallas, incluida la inserción de fallas en el diseño y verificación de que el mecanismo de seguridad reacciona de manera adecuada para las fallas que se consideran cubiertas.

Diseño de PCB y esquema para el diseño de conectores

Empresas

Más información: Lista de empresas EDA

Empresas antiguas

Capitalización de mercado y denominación social a diciembre de 2011 ^[actualizar]: ^[3]

• $ 5.77 mil millones ^[4] - Sinopsis
• $ 4.46 mil millones ^[5] - Cadencia
• $ 2.33 mil millones - Mentor Graphics
• $ 507 millones - Magma Design Automation ; Synopsys adquirió Magma en febrero de 2012 ^{[6] [7]}
• NT $ 6.44 mil millones - SpringSoft ; Synopsys adquirió SpringSoft en agosto de 2012
• ¥ 11.95 mil millones - Zuken Inc.

Nota: EEsof probablemente debería estar en esta lista, ^[8] pero no tiene una capitalización de mercado, ya que es la división EDA de Keysight .

Adquisiciones

Artículo principal: Lista de empresas EDA

Muchas empresas de EDA adquieren pequeñas empresas con software u otra tecnología que se puede adaptar a su negocio principal. ^[9] La mayoría de los líderes del mercado son fusiones de muchas empresas más pequeñas y esta tendencia se ve favorecida por la tendencia de las empresas de software a diseñar herramientas como accesorios que encajan naturalmente en el conjunto de programas de circuitos digitales de un proveedor más grande ; muchas herramientas nuevas incorporan diseño analógico y sistemas mixtos. ^[10] Esto sucede debido a una tendencia a colocar sistemas electrónicos completos en un solo chip .

Ver también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la automatización del diseño electrónico .

• Diseño asistido por computadora (CAD)
• Diseño de circuito
• Base de datos EDA
• Firma (automatización del diseño electrónico)
• Comparación de software EDA
• Diseño basado en plataforma

Referencias

1. "Acerca de la industria EDA" . Consorcio de Automatización de Diseño Electrónico. Archivado desde el original el 2 de agosto de 2015 . Consultado el 29 de julio de 2015 .
2. Lavagno, Martin y Scheffer (2006). Manual de Automatización de Diseño Electrónico para Circuitos Integrados . Taylor y Francis. ISBN 0849330963.
3. Comparación de empresas: Google Finance . Google.com. Consultado el 10 de agosto de 2013.
4. Synopsys, Inc .: NASDAQ: citas y noticias de SNPS - Google Finance . Google.com (22 de mayo de 2013). Consultado el 10 de agosto de 2013.
5. Estadísticas clave de CDNS | Valores de Cadence Design Systems, Inc. - Yahoo! Finanzas . Finance.yahoo.com. Consultado el 10 de agosto de 2013.
6. Dylan McGrath (30 de noviembre de 2011). "Sinopsis para comprar Magma por 507 millones de dólares" . EETimes.
7. "Sinopsis para adquirir Magma Design Automation" .
8. "Agilent EEsof EDA - Parte I" .
9. Kirti Sikri Desai (2006). "Innovación EDA a través de Fusiones y Adquisiciones" . EDA Cafe . Consultado el 23 de marzo de 2010 .
10. "Semi Wiki: Fusiones y adquisiciones de EDA Wiki" . SemiWiki.com . 16 de enero de 2011 . Consultado el 3 de abril de 2019 .

Notas

• http://www.staticfreesoft.com/documentsTextbook.html Ayudas informáticas para el diseño de VLSI por Steven M. Rubin
• Diseño físico de VLSI: desde la partición de gráficos hasta el cierre de sincronización , por Kahng, Lienig, Markov y Hu, doi : 10.1007 / 978-90-481-9591-6 ISBN 978-90-481-9590-9 , 2011 
• Manual de automatización de diseño electrónico para circuitos integrados , por Lavagno, Martin y Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3 , 2006 
• The Electronic Design Automation Handbook , de Dirk Jansen et al., Kluwer Academic Publishers, ISBN 1-4020-7502-2 , 2003, disponible también en alemán ISBN 3-446-21288-4 (2005)  
• Algoritmos combinatorios para el diseño de circuitos integrados , por Thomas Lengauer, ISBN 3-519-02110-2 , Teubner Verlag, 1997.